真空室内名义镀TiZrV抽气层的性能钻研
采纳直流磁控反溅射法在不锈钢真空弹道内名义匀称镀上一层TiZrV地膜。该镇膜通过激活后存在抽气效应,可以使真空弹道由原来的零碎气载转变变成弹道泵。该镇膜激活热度很低,最低激活热度为180℃。在通过激活后,试验安装远端的真空度与泵口真空度相反,因而压力散布呈曲线型。
在贮存类减速器真空零碎中,真空室的构造多为修长弹道。因为真空室搁置在多个磁元件的间隙中,通例的配泵步骤多采纳集西式,即依据零碎气载的大小,每距离一段间隔配置一台真空泵。然而因为真空泵抽速受到真空弹道流导的制约,间隔真空泵的地位越远,该处的抽速破财越大,真空度也就绝对越低。集西式配泵零碎的压力散布呈抛物线型,而压力散布梯度的存在,将对束流的寿数及品质产生较大莫须有。
在减小压力散布梯度的钻研上面,国内上曾经做了一大批的作业,如在真空室中搁置散布式溅射离子泵、散布式非挥发吸气带等,但该署步骤运用局限性大,真空室构造无比简单,造价很高。近年来欧洲细胞核核心(CERN)创举性地提出了能在较高温度下激活的弹道泵技能,经过直流磁控溅射反响法将本来是零碎气载的真空弹道通过镀抽气层工艺解决转变成了真空泵,使弹道外部各方存在匀称抽速,从而使修长弹道类真空零碎的压力散布战胜了集西式配泵压力散布梯度大的有余。弹道泵技能最大的难点在乎传统的抽气层资料激活须要较高的热度,所谓激活就是经过烘烤使吸气剂资料对气体分子存在抽速。如ZrAl吸气剂泵,作为非蒸和尚头吸气剂泵(NEGPUMP)典型的一种真空泵种,在超高真空零碎中时常运用。它运用的吸气剂资料为ZrAl合金,在激活后对活性气体尤其是对氢存在很高的抽气威力,但使不得抽除惰性气体,因而与可以抽除惰性气体的溅射离子泵联结运用能够使零碎达成超高真空。然而ZrAl吸气剂资料的激活热度正常在400℃之上,而减速器真空弹道受到机械或者物理务求的制约,烘烤热度使不得过高,因而ZrAl合金不快竞争为减速器真空弹道的吸气剂资料。CERN的钻研人员通过积年试验,取舍TiZrV合金资料作为非挥发吸气剂,该合金资料吸气剂最大的长处在乎激活热度仅在200℃以次,因而能够宽泛的利用于减速器真空零碎中。1、试验安装1.1、镀膜安装
一根<80mm×1800mm的真空弹道被选为试验镀膜弹道。直流磁控溅射镀膜零碎的示用意如图1所示。
零碎右侧为被镀弹道,弹道核心为负极靶材,由3根<2mm的Ti丝、Zr丝、V丝匀称拧在一起。作业时对负极靶材加负偏压以提供镀膜用磁场。弹道外是同轴的<500mm×2000mm中空Al筒,Al筒内部匀称缠绕(5.2mm×1.7mm的铜丝圈,Al筒和线圈之间用Kapton资料绝缘。作业时对线圈加直流电来给镀膜海域提供正交于磁场的磁场,设计最高磁场强度为2.6×10-2T。图1左侧全体为尖端放电气体压力维持全体,由嘘气零碎、排气零碎、真空测量零碎组成。维持镀膜时的气体流量用非金属针阀掌握。尖端放电气体能够用Ar也能够用Kr。但因为碰撞负极的尖端放电气体从负极弹回时可能销毁一大批的电能碎片,并可能进入正在生成的地膜中,使惰性气体含量增多而莫须有零碎极限真空的失掉。试验和测试表明,用较重的气体继续尖端放电能够大大减小进入膜中的惰性气体含量。如用Ar在Ti-Zr-V膜中的含量可达3500ppm,用Kr能够升高2个单位级,因而咱们镀膜时采纳Kr作为尖端放电气体。排气零碎选用德国Leybold公司的600L·s-1涡轮分子泵机组,压力测量则选用PT90全量程复合规管(测量规模:1×10-7Pa～105Pa)。
图1 镀膜零碎示用意 图2 压力散布测试零碎1.2、压力散布梯度测试安装
压力散布梯度测试安装由排气零碎和镀膜弹道两全体组成,构造如图2所示。
排气零碎主泵选用400L·s-1溅射离子泵和2000L·s-1钛升华泵。P1和P2别离代办泵口和最远端的真空度,均选用测量上限为2×10-10Pa的IE514结合规测量。2、试验步骤2.1、镀膜步骤
开启分子泵机组,检漏。检漏实现后将安装烘烤至180℃,温升为30℃·h-1,目标是将被镀弹道名义的H2O排走,那样能够增大弹道内名义的镀膜黏附系数。180℃烘烤24h后将热度降至镀膜时的
作业热度120℃,向零碎内送入纯度为99.999%Kr气,压力维持在5×10-1Pa;对负极加-500V的直流电压,真空弹道接地;螺线管直流电加至140A,绝对应的磁场强度为1.5×10-2T,此时经过视察窗可看到辉光尖端放电(图3)。
图3 尖端放电情况
经过调节磁场、磁场及Kr气压强能够改观辉光尖端放电直流电,即改观镀膜速率。在上述参数设置下,相应的尖端放电直流电为0.5A,镀膜周期为10h。2.2、压力散布梯度测试步骤
率先测试零碎的本底压力散布梯度,即弹道未镀吸气剂资料前的压力散布梯度;而后在镀膜实现后再次继续压力散布梯度测试,两次测试的条件无须彻底统一以减小试验误差。此次试验的烘烤热度定于180℃,烘烤周期为24h,那样能够使吸气剂资料充足激活。停留烘烤后48h,纪录P1和P2数据,运用划算压力散布梯度的硬件VAKTRAK拟和曲线,对镀膜前后的数据继续比拟。
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